黑洞内部有什么?宇宙的生命是有限的?科学家给出答案

黑洞--宇宙中最狂暴,但又最迷人的天体,它似乎包含了宇宙的终极奥秘。


但很多人不知道的是,黑洞第一次被发现,不是观测到的,而是由一名哲学家推断出来的,这个人就是英国的哲学家约翰米歇尔。



黑洞是如何被发现的?


他在1783年的时候就提出了黑洞这个概念,在18世纪的时候,由于观测设备的限制,人们根本不可能观测到黑洞的存在,但人们知道了万有引力,也基本测出了光的速度。


米歇尔于是思考,如果将一个物体抛向空中,它会掉落下来,这是因为他没有达到一定的速度,如果这个物体的速度达到7.9公里每秒,那么它就会冲出大气层,围绕地球做固定旋转。



如果这个物体的速度达到11.2公里每秒,它就能脱离地球,这就是逃逸速度。如果这个物体的速度达到16.7公里每秒,他就可以摆脱太阳的引力,进入到无尽的深空。


那么以此类推,只要物体的速度足够大,他们就能逃离银河系。


如果一个物体以光速都无法摆脱一个天体,这个天体表面的引力将无比巨大,连光都会被吸进去,这个天体就像一个漆黑的洞一样,米歇尔给这种天体命名为暗星。



虽然当时观测不到,但他认为宇宙中可能存在一种引力,强到连光都无法从其周围逃逸的天体,而这个暗星就是后来人们称为黑洞的天体。


这种理论由于太过惊世骇俗,当时的科学家普遍认为这只是一种有趣的猜想,并没有多少人真的认为存在这种天体。


直到100多年后,爱因斯坦发表了他的广义相对论,阐述了时空是可以弯曲的,大质量的物体是可以导致这种弯曲的,那么一个大质量的天体,将会在如弹簧床般的时空上留下更深的凹陷,同时吸引周围的物体掉入到这个凹陷中。



按照这一理论,一个天体只要质量足够大就能形成黑洞,只是黑洞违背了当时的物理定律,所以爱因斯坦本人并不相信黑洞。


而当时正在德国东线参加一战的物理学家卡尔斯瓦西,根据爱因斯坦的理论在战壕休息时得出了一个特殊解,就是一个物体如果密度大到一定程度,就会在时空中形成一个无底洞,掉进去的东西有去无回,这个无底洞就是“奇点”。



不仅如此,史瓦西还算出,在距离起点向外的一段距离,就是光速都不能逃逸的距离,这个距离称为史瓦西半径,这为后续研究黑洞提供了理论基础,这样人们就能算出黑洞的大小。


比如地球的大小保持不变,如果拥有250倍太阳的质量,地球就会变成一个黑洞,但史瓦西最终死在了战场上,为黑洞研究留下了他短暂而惊艳的理论。



黑洞长什么样?


1978年,法国天体物理学家卢米涅,利用黑洞理论在穿孔卡片计算机上,模拟出了一张黑洞的图像,他认为真实的黑洞应该就长这样子。



2014年为了拍摄科幻大片星际穿越,在著名物理学家基普索恩的指导下,剧组成员利用计算机,生成了一个更接近于真实黑洞的图像。



直到2019年4月10日,“视界面”望远镜(ETH),也就是利用世界主要天文台,组成了一个“虚拟阵列”的巨型望远镜,发布了人类的首张黑洞照片。



这是来自于m87星系中心的黑洞,距离地球5,000万光年,而我们也有幸成为了有史以来第一批看见黑洞的人。


黑洞有多“强大”?黑洞内部是什么?


目前的天文观测显示,几乎所有的星系中心都有一个超大质量黑洞,他们的尺度通常不到星系尺度的0.1%,但却拥有难以置信的强大引力。


银河系中的星体,都在围绕着这个黑洞旋转,这个中心黑洞就是人马座A。



这个黑洞附近的星体都在围绕它公转,而且越接近这个黑洞,公转的速度就越高。


通过观测一些星体,围绕人马座a的公转速度能达到2.4万公里每秒,也就是相当于光速的8%,这是一个疯狂的速度。


物质在这种星体上很难保持稳定状态,这就是为什么银河系也存在宜居带,太靠近中心黑洞,或者太远离中心黑洞都不行。



而太阳系的位置,刚好是出于银河系的第三悬臂猎户悬臂上,这是一个绝佳的位置,理论上要诞生地球这样的生命,银河系2万多光年的一个环形区域都是宜居带,而太阳系又处于这个宜居带的中心。


所以未来人类要寻找类似地球的外星生命,从这个环形区域的宜居带入手会更有可能。


黑洞内部为什么拥有强大的引力?


这是因为每个黑洞的内部,都有一个“奇点”,这就是英国理论物理学家霍金,和英国数学家彭罗斯提出的“奇点”定义。


他们论证了:一旦某个天体坍缩超过一定极限,就会不可避免的坍缩成一个黑洞,最终所有的物质都会落向一个密度无穷大的“奇点”。



这个“奇点”和宇宙大爆炸的“奇点”特性很类似,就是密度无限大,体积无限小,熵值无限趋近于0。


“奇点”是空间和时间具有无限曲率的一点,在那里,空间和时间都消失了,因为“奇点”没有大小之分,它甚至小于普朗克长度。


在“奇点”里,时间和空间可以任意转换,这些特性打破了现有的物理定律,只是一种数学上的存在。


宇宙存在寿命吗?


有一点非常有意思,因为黑洞“奇点”的特性和宇宙大爆炸的“奇点”特性类似,但我们知道不论多么大的黑洞,它的质量还是有限的,寿命也不是无限长的,这也说明我们现在的宇宙应该也是有限的,也是有寿命的。



因此宇宙应该是有始有终,有一个大小范围,物质的能量总量也是有限的。


当我们接近“奇点”时,会发生什么?


当人或物体接近起点后,会很快被加速到光速以上,而超过光速,就会跳跃到另一个时空,因为你和当前的时空已经没有关系了。



根据这些推论就可以想象,有可能宇宙中遍布的“裸奇点”,就是现有时空上的破损点,是时空隧道的入口。


虽然人类没有足够的能量把物质加速到无限接近于光速,但是利用这些宇宙中的“裸奇点”,有可能就是一种天然的穿越时空的交通点,只是不清楚会穿越到什么时空去。


如果宇宙中有外星文明掌握到了这种技术,他们可能会利用“裸奇点”在宇宙中和时空中任意穿梭。



“奇点”已经不是我们宇宙维度能够解释的东西了,它是一个无限坍缩的东西。


但是人类的思维框架无法接受无限的事物,无法理解“奇点”无限小和宇宙无限大的问题,也因此,“奇点”在我们的世界,就是一种超越维度的虚无的存在。

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页面更新:2024-04-10

标签:黑洞   宇宙   奇点   星体   银河系   天体   光速   物体   科学家   答案   速度   时空   生命

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